关键词： 量子输运   介观系统   散射波函数   非平衡格林函数  

摘要： 给出了从Landauer-Buttiker′s散射波函数导出无相互作用介观系统中的非平衡格林函数公式的严格证明.结果表明:尽管散射波函数理论和非平衡格林函数理论基于非常不同的物理思想,但在应用上这2个等价的理论工具是可以互补的.

关键词： InAs量子点   InGaAs渐变层   光致发光   分子束外延   红外探测器  

摘要： 利用分子束外延技术(MBE),在GaAs(001)衬底上自组织生长了不同结构的InAs量子点样品,并制备了量子点红外探测器件。利用原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)光谱研究了量子点的表面结构、形貌和光学性质。渐变InGaAs层的插入有效地释放了InAs量子点所受的应力,抑制了量子点中In组分的偏析,提高了外延层的生长质量,降低了势垒高度,使InAs量子点荧光波长红移。伏安特性曲线和光电流(PC)谱结果表明,生长条件的优化提高了器件的红外响应,具有组分渐变的InGaAs层的探测器响应波长发生明显红移。

关键词： Rashba自旋-轨道相互作用   量子网络   量子输运  

摘要： 研究了存在Rashba自旋轨道相互作用的正多边形量子环的自旋输运特性.采用量子网络的典型方法和Landauer-Büttiker电导公式,严格求解了电子通过正多边形量子环的散射问题,并得到了电导的解析表达式.通过数值计算和解析分析,进一步研究了量子环电导随电子波矢和自旋轨道相互作用强度变化的复杂形式,包括源于自旋轨道耦合相互作用的电导零点系列.特别地,还研究了正多边形环的边数趋近于无穷的极限情形,与直接采用圆环模型获得的结果完全一致.

关键词： 多量子阱   红外   光致荧光谱  

摘要： 结合薛定谔方程和泊松方程,模拟计算得到GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料能带图,并对该材料进行光致荧光谱(PL)测量。结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,采用传输矩阵法得到价带与导带基态能量,并由此推算出相应的红外探测响应波长。以傅里叶变换红外光谱仪对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器器件进行光谱测量,测量结果表明,所采用的计算方法得出的理论结果与器件的光电流谱吻合较好,利用光荧光谱对外延材料进行测量,可以在器件工艺前,快速确定器件的探测波长,从而更加有效地开展器件的研究。

关键词： Alq3   CdSeS量子点   飞行时间法  

摘要： 利用飞行时间法(time-of-flight)测定了有机小分子发光材料8-羟基喹啉铝(Alq3)与CdSeS量子点掺杂体系的载流子迁移率.研究了Alq3和CdSeS混合薄膜的载流子迁移率与外加电场强度和量子点浓度的变化关系.研究结果表明,CdSeS量子点的掺杂浓度的增加会引起薄膜样品位置无序的增加.除此之外,Alq3和CdSeS量子点界面之间的电荷转移作用,以及在量子点之间进行跳跃传输的电子数量都会改变样品的载流子迁移率.

关键词： 量子输运   电化学   金属原子线   电导测量   分子结   STM裂结技术  

摘要： 金属原子线和金属-分子-金属结(分子结)表现出特殊的量子输运性质，是纳电子学和分子电子学的重要研究内容。单分子结电导受到自身结构、金属与分子之间的接触构型和能级耦合及周围环境等因素的影响，其机理仍需进一步探讨，其中金属原子线和分子结的构建和电导测量是关键问题。STM裂结法(STM-BJ)是构建分子结的成功方法之一。然而，迄今为止的所有STM-BJ实验，无论是真空中、大气下，还是电化学中，都从相同金属材料的针尖和基底开始，导致缺乏普适性，如对一些软质金属或难以依靠机械撞击形成原子线的过渡金属的研究较为困难，由此也限制了以这些金属作为电极的分子结构建及其电导的系统研究，迫切需要寻找新的技术来获得突破。\n 本论文针对纳电子学和分子电子学的研究现状和问题，在建立STM-BJ测量平台的基础上，进一步探索单分子结电导及其影响因素；同时，发展STM-BJ技术，建立构建金属原子线及其电导测量的新方法，使STM-BJ技术更具普适性，并能应用于构建非金电极的金属-分子-金属结及其电导测量。主要研究内容和结论如下：\n 1、搭建了STM-BJ电导测量平台。以Au为电极，研究了4，4\'-联吡啶(BPY)及其中间插入共轭CH=CH键(BPY-EE)和非共轭CH2-CH2键(BPY-EA)的衍生物单分子结的电导。研究结果表明，这类分子都存在高、低两套电导值，每套电导大小的顺序皆为：BPY>BPY-EE>BPY-EA，且高值电导是低值电导的8-10倍，高、低电导由分子的锚定基团与金属电极的接触构型不同引起的。BPY-EA和BPY-EE电导的差异，揭示了在两个吡啶环中间插入CH2-CH2和CH2=CH2对分子内电子耦合的影响。\n 2、提出和建立了基于jump-to-contact机制的电化学STM-BJ方法，用于测量金属原子线电导。运用电化学STM-BJ方法，结合离子液体，成功测量了Cu、Pd和Fe三种不同性质的金属原子线电导，演示了该方法的可行性和普适性，在构建过渡金属原子线及其电导测量方面具有优势。所测的Cu，Pd和Fe的原子线电导分别为1 G0、0.9 G0和0.86 G0。\n 3、运用电化学STM-BJ方法现场构建了Cd-Au和Zn-Au合金原子线并测量其电导。研究发现，调节基底和针尖电位可以改变Cd-Au合金的原子线电导；在进一步改进电化学STM-BJ方法的基础上，尝试了构建不同金属电极材料的分子结，初步研究了 Cu-HOOC(CH2)2COOH-Cu的电导，发现与Au-HOOC(CH2)2COOH-Au电导存在明显差异。\n 4、作为另一部分独立工作，利用STM、循环伏安法和XPS等方法，研究了金属-有机配合物的自组装，观察到RhCl(CO)(PPh3)2在Au(111)的有序结构和电催化析氢作用，提供了获得单分散电催化活性中心的方法，在催化剂的重复利用及基于分子的催化机理的理解具有重要意义。

关键词： 层次性   抽象性   结合性   计算平均   计算极限  

摘要： 新技术革命离不开新材料的发展。无论是新型的结构材料还是功能材料,它们的性质和性能都取决于其组成结构和结合方式,并且是在原子以上的层次作为研究对象。用历史性、层次性和抽象性的方法论述了新材料的发展过程,也讨论了量子力学与其它有关科学的关系。得出结论:要深刻地研究材料的本质,应从揭示微观粒子运动的量子力学理论中去寻求答案,材料的各种性质几乎都可以通过量子力学的平均操作、极限操作及一些数学方法推导出来。

关键词： 半经典理论   量子台球   量子输运   Husimi分布   经典-量子对应  

摘要： 随着光刻技术与晶体生长技术的日渐成熟,制作小尺度、任意形状的量子台球体系成为可能。特别是近二十年来,由于半导体材料的制备技术和工艺水平的迅速发展使得半导体纳米结构成为研究微结中电子传导的典型实例。这种材料可以由包含高速运动的电子的薄层半导体(异质结)构成。垂直于层方向的运动是量子化的,所以电子的运动被局限在平面内。作为一个理论模型,这种系统被认为是二维电子气体系(量子台球体系),与薄金属膜相比,它的电子密度较低(在低温条件下),且可以通过外加电场来控制。这种低的电子密度意味着有大的费米波长(可以达到40nm)和大的电子平均自由程(可以达到10μm),这样电子间的相互作用可以忽略,而杂质粒子及声子的散射作用影响甚微。除与壁相碰外,电子可以看做是自由运动的经典粒子,所以在量子台球(或者二维电子气)中研究(电导)输运性质非常方便。二维量子台球体系的性质与边界的形状密切相关,改变体系的几何形状可以很方便的控制体系中粒子的运动由规则到混沌的过渡。例如,圆形,正方形,椭圆量子台球体系是可积体系,粒子在这些体系中的运动为规则运动。当体系的几何形状变为Sinai型,体育场型甚至是心脏线型时,体系变为不可积,粒子的运动呈现混沌特征。另外,在外加磁场中,体系的运动性质会发生很大变化。研究表明:当加上均匀磁场后,如果体系的几何边界形状与粒子的运动轨迹不能贴合时,运动性质也会出现混沌。基于此,量子台球体系成为人们研究BEC(波色爱因斯坦凝聚)、测定磁导率、电导性质以及实现量子控制直至研制量子计算机的理想模型。 对于不可积体系,一般无法得到解析解,而只能通过理论计算的方法求得薛定谔方程的数值解。对于量子台球系统,人们已经发展了许多数值求解的方法如:有限差分法、定态展开方法、B-样条法……等,然而数值方法需要大量的数据点和参数,而且由于算法复杂,通常只能得到近似解。而对于混沌过程,即使初值上的微小偏差也会对结果产生巨大的甚至是灾难性的影响。因此量子混沌的研究至今未能顺利得到广泛开展。科研工作者需要努力基于物理直觉,发展理论方法,以期推动量子混沌研究以更便利、简洁而且有效的方式广为人们所接受。这方面,量子谱函数方法、相空间分布函数方法以及传输矩阵结合拓扑学的方法都是成功的例证。 从1970年Sinai首先利用经典力学的方法研究了Sinai量子台球各态历经混沌性质和横向叶脉性质,然后Bunimovich等人又利用微扰理论从直观上解释了体育场型量子台球的性质,在1977年,Berry等人利用统计的方法研究了量子台球的混沌性.还提出了Berry-Kubo公式方法;此外,定态展开方法以及拓扑学等研究方法也相继产生。Landauer猜想电子通过这种微腔的电导可以通过计算传输矩阵,对传输系数求和得到。1986年,杜孟利和Delos等人研究外Rydberg原子在强电磁场中光吸收谱时在Gutzwiller态密度迹公式的基础上提出了闭合轨道理论为研究经典物理与量子力学的对应关系提供了理论基础,被称为是联系经典世界与量子世界的唯一桥梁。这种理论扩展到开轨道情况,也为研究量子台球性质提供新的有用的工具,它导致量子谱函数方法的提出并获得广泛应用。Delos小组利用S矩阵方法研究了圆形量子微腔的传输问题,认为微结中的电导涨落是由于沿着连接不同导线间的经典轨迹的波的相干导致的并考虑了电子在导线接口处的衍射效应。Christopher Stampfer小组利用赝路径半经典近似和衍射散射的Dyson方程研究量子台球体系的传输问题,解决了在导线出口和入口处的尖角效应。为了符合实际情况,研究外场中量子台球的动力学行为是必要的。对于多分量高简并体系,相空间分布函数方法是一个非常有用的工具,因为相空间公式提供了一个利用经典信息描述量子现象的理论框架,为理论研究者提供有用的物理洞见,是其他方法不容易实现的,具有重要的理论意义。 量子力学诞生以来,其方法和计算技术已经成为原子和分子体系中精确计算的主要手段。理论计算和实验测量结果的精确符合消除了人们对量子力学基本概念的任何质疑,直到今天量子力学仍然是人们解决微观体系的精确理论。但是在应用量子力学的方法解决多维不可积体系时需要进行大量的数值计算(虽然可以通过选取合适的基矢改进本征值计算,对角化哈密顿量需要的计算量通常十分庞大),而这些数值计算的结果对于我们了解体系动力学性质的作用甚微。相反,半经典方法可以很好的解释实验结果或应用理论计算得到的数据,这种方法对于我们了解体系的动力学性质以及探索新的发展方向起到了重要的作用。因而微观体系中的量子力学和经典力学的对应关系一直是人们十分感兴趣的重大课题,对人们更深地理解自然的本质有着重要的意义。量子力学与经典物理的对应关系经历了从量子力学诞生之初,Bohr和Sommerfeld的量

关键词： 介观系统   参数量子泵   输运性质   非平衡格林函数方法  

摘要： 本文采用标准的非平衡格林函数方法,研究了由正常金属—量子点—量子点—正常金属构成的参数量子泵系统的非平衡输运性质。主要工作包括: 1、简单介绍了介观系统的基本特点、量子点的基本性质、制备方法及其应用。接着较为详细地介绍了量子泵、参数泵、自旋泵的基本理论。 2、通过一个简单的实例介绍了本文所使用的研究方法——非平衡格林函数方法的基本使用步骤;3、采用标准的非平衡格林函数方法,研究了一个由正常金属—量子点—量子点—正常金属构成的参数量子泵的输运性质。从系统的哈密顿量出发,通过Heisenberg运动方程方法,在Hartree-Fock近似下,推导得到了系统的格林函数,进而得到自旋相关泵电流的解析表达式。结果表明,系统泵电流与门电压、泵频率、两个泵势的相位差等参数有关。

关键词： 量子线   电子输运特性   传递矩阵方法   透射系数  

摘要： 量子线是继超晶格和量子阱之后,于上个世纪80年代中后期和量子点同时发展起来的一种新型低维量子结构。是低维半导体结构家族中的一个代表性成员。 介观器件的工作原理主要依赖于电子的隧穿,在很多情况下量子线又是信息传输的主要载体。由于空间受限,电子的行为可能受多方面的影响。例如杂质、量子线的界面材质不均匀等不理想因素会明显影响其传输特性,进而影响器件的性能。因此研究不理想因素对电子在量子线中的输运特性的的影响,既具有重要的理论价值,也具有重要的实际应用背景。为此我们对于材料GaAs和AlδGa1-δAs组成的量子线的输运性质进行了理论研究。 对于准一维介观结构的量子线,其中的电子不能再被视为经典的粒子,运动的电子具有波粒二象性。这样量子相干自然地包括在Landauer-Büttiker理论中。Landauer-Büttiker输运理论是在介观体系中最为广泛使用的量子输运理论。在本论文中我们利用Landauer-Büttiker公式和传递矩阵方法来研究由两种不同材料组成的量子线中的电子输运性质。获得了一些创新性的研究成果。 首先我们对于GaAs-AlδGa1-δAs型量子线的输运性质进行理论研究。我们采用有效质量近似的框架,通过解量子线体系的三维薛定谔方程,得到波函数与能量的表达式。应用适当的边界条件和传递矩阵方法得到体系的传递矩阵,并且给出矩阵元的具体表达式。结果表明传递矩阵的矩阵元与电子在不同材料中的有效质量相关。这体现了材料对于量子线中电子输运性质的影响。我们通过传递矩阵元进一步给出透射系数的表达式。结果表明量子线体系的透射系数与入射电子能量,量子线宽度,材料的选取等因素密切相关。利用Landauer-Büttiker公式,由透射系数得到了量子线体系的电导。运用数值运算我们给出了透射系数与电导随着入射电子能量的变化曲线。清晰的反映了由两种不同材料组成的量子线的电子输运性质。结果表明透射系数与电导随着入射电子能量的增加而增大,最终趋近于定值1。我们还研究了量子线宽度对于电子输运性质的影响。结果表明随着量子线宽度的增加,透射系数逐渐减小。 进一步,我们对于GaAs-AlδGa1-δAs-GaAs型量子线的输运性质进行理论研究。我们应用传递矩阵方法得到分区的传递矩阵,总的传递矩阵为分区的传递矩阵之积。这样我们得到了透射系数与电导的表达式。通过数值计算我们得到了这样的结论,势垒的宽度越大,透射系数越小。δ越小,透射系数和电导的取值越大。透射系数与电导的变化趋势基本一致。 总之,我们运用传递矩阵的方法对不同材料组成的量子线的输运性质进行了理论研究,结果表明其输运性质受到多方面因素的影响,例如势垒的情况,量子线的宽度,入射电子的能量,材料的选取。 以上成果有一定的理论价值和潜在的实际应用的价值。